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甲氧基丙烯酸酯类农药生态毒理及其微生物降解(3)
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摘要：表1 降解甲氧基丙烯酸酯类农药的微生物种类菌种属名 降解菌甲氧基丙烯酸酯类农药 文献克雷伯氏菌属 Klebsiella sp. 1805（克雷伯氏菌属1805） 吡唑醚菌酯
表1 降解甲氧基丙烯酸酯类农药的微生物种类菌种属名 降解菌甲氧基丙烯酸酯类农药 文献克雷伯氏菌属 Klebsiella sp. 1805（克雷伯氏菌属1805） 吡唑醚菌酯 ［40］寡养单胞菌属 Stenotrophomonas maltophilia（嗜麦芽寡养单胞菌） 肟菌酯 ［41］节杆菌属 Arthrobacter oxydans（氧化节杆菌） 肟菌酯 ［41］芽孢杆菌属 Bacillus amyloliquefaciens（解淀粉芽孢杆菌） 肟菌酯 ［41］Bacillus flexus（弯曲芽孢杆菌） 肟菌酯 ［41］贪铜菌属 Cupriavidus sp. CCH2（贪铜菌属CCH2） 嘧菌酯 ［42］产黄杆菌属 Rhodanobacter sp. CCH1（产黄杆菌属CCH1） 嘧菌酯 ［42］苍白杆菌属 Ochrobactrum anthropi SH14（人苍白杆菌SH14） 嘧菌酯 ［43］
最近，Bacmaga等［39］在研究嘧菌酯对土壤微生物和酶活性的影响时发现，4株芽孢杆菌属细菌（Bacillus cereus B9、Bacillus weihenstephanensis B10、Bacillus sp. B11和 Bacillus megaterium B12）和 2株隐囊菌属真菌（Aphanoascus terreus G8和Aphanoascus fulvescens G9）可耐受最高剂量为22.50 mg/kg的嘧菌酯，具有降解嘧菌酯环境残留的潜能。
到目前为止，已报道筛选得到的甲氧基丙烯酸酯类农药降解菌株的数量极少，相对于环境中丰富的微生物资源而言，菌株的筛选方面还有很大的空间，而且已有的文献一般只涉及到降解微生物的筛选，其降解途径、降解酶及其降解机理等方面的研究还没有相关报道。利用微生物降解治理甲氧基丙烯酸酯类农药残留污染及其在生产实践中的应用还有很大的距离。
3.2 代谢产物及降解途径研究
甲氧基丙烯酸酯类农药微生物降解的作用方式和其他农药的微生物降解一样，主要是通过其分泌酶的代谢完成，本质都是酶促降解［44］。而降解途径的研究一般是通过各种色谱技术，如气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、液相色谱-质谱联用法（LCMS/MS）等，来测定其代谢产物并进行推测。
甲氧基丙烯酸酯类农药的化学结构复杂，导致其在代谢过程中因作用位点的不同而进行多种不同的代谢途径。图2展示了这类农药的3种基本代谢途径：（1）甲基酯键的水解是一个重要的代谢途径，水解产生的代谢物是一个没有生物活性的游离丙烯酸。（2）芳香环的羟基化反应易引发其与谷胱甘肽的共轭，但若在同一芳香环上发生多次羟基化反应则易引起芳香环的裂解并矿化成CO2。（3）丙烯酸基团的双键易发生不同的代谢机制，如双键发生环氧化反应最终产生苯甲酸衍生物；或通过加氢还原生成叔醇；此外，双键的光解反应通常会产生多种产物并可能引起该基团的完全降解［45］。在代谢产物中，由于甲氧基丙烯酸酯类农药在环境中的代谢途径繁杂，以致其产生多种不同的代谢产物，如嘧菌酯在环境产生的代谢产物有R、R、R、R、R 等［7］。
但是，迄今为止，关于甲氧基丙烯酸酯类农药微生物代谢产物的研究报道极少，其具体代谢机制及各类代谢产物对环境是否具有潜在危害性目前还未明确，因此深入研究甲氧基丙烯酸酯类农药的微生物代谢产物及降解途径十分必要。
图2 甲氧基丙烯酸酯类农药的基本代谢途径
4 展望
甲氧基丙烯酸酯类农药是目前应用广泛的一类杀菌剂。然而，越来越多的研究成果表明这类农药在使用过程中产生的农药残留对周围生态环境和人类健康存在着潜在威胁。如何降解该类农药残留已经成为世界各国的研究热点。
目前微生物对农药的降解得到了广泛的认可，许多农药的微生物降解已有深入的研究，如有机磷［46-48］、氨基甲酸酯［49-50］、拟除虫菊酯［51-56］等农药，已经确定了微生物降解在处理土壤和水环境中农药残留的重要地位。纵观国内外，利用微生物降解环境中甲氧基丙烯酸酯类农药的相关研究才刚刚起步，相关研究报道不多。现已有的科研成果主要集中于降解微生物的筛选鉴定，而且往往只针对单一的品种，后续的工作，如代谢产物及降解途径的分析、降解酶及其基因的研究、构建农药基因工程菌及其生物修复等，还有待进一步深入研究。因此，利用微生物降解甲氧基丙烯酸酯类农药的研究工作还有很大发展空间。为了加大该类农药生物降解菌剂的开发与应用，今后应加强以下几个方面的研究：
一是建立甲氧基丙烯酸酯类农药降解菌种资源库。环境蕴含了丰富的微生物资源，广泛筛选农药的高效降解菌，丰富现有的降解菌资源库。
二是构建甲氧基丙烯酸酯类农药基因工程菌。利用现代分子生物学技术，克隆降解菌株的相关降解酶，将降解酶基因构建于质粒载体导入能够高效利用农药降解过程产生的中间化合物的菌株中，能够消除中间化合物积累对甲氧基丙烯酸酯类的降解抑制或将多种降解酶基因克隆到一种微生物中实现多种优良性状的整合，获得环境适应力强、降解谱广、降解效率高的甲氧基丙烯酸酯类农药基因工程菌；值得注意的是，这种将外源基因构建于质粒载体而获得的基因工程菌由于质粒的不稳定性其应用越来越受到限制。因此，利用基因重组方法构建遗传稳定的多功能农药降解基因工程菌是未来构建基因工程菌的一个方向。
文章来源：《生态毒理学报》 网址: http://www.stdlxbzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1570.html